实例1 500kN压力机切边凸模，材料为8Cr3钢，要求高频淬火处理。
切边凸模是生产钢柱式散热器的关键模具，它可切3mm厚钢板，1次切边长度为156mm。散热器用ϕ10mm纯铜管制造，截面压成长方形，仿形弯制。淬火设备采用200～300kW高频设备，低压预热（6.5kV）500～600℃×15min（暗红色），高压加热（13kV）860～900℃×13min，先断续后连续加热（电参数：I阳为2A，I栅为0.4A，V槽为5kV），到温后淬入40～80℃的油中，在硝盐中进行200℃×2h回火，回火后空冷。刃口四周淬硬长度＞10mm，端面淬硬长度＞5mm，淬硬层深度为3～4.5mm，刃口硬度>55HRC。采用高频淬火处理的切边凸模切边达到4万次以上，使用寿命远高于常规淬火。
实例2 连杆辊锻成形模，材料为HM3钢，要求离子渗氮处理。
（1）预备热处理 球化退火工艺为：860～900℃，保温2h，再快速冷至720℃，保温4h，然后炉冷至550℃出炉空冷。退火后硬度为180～200HBW。
（2）淬火及回火处理600℃和850℃两次预热，1050～1100℃加热油淬，油冷至200℃左右出油空冷。淬火后硬度为47～49HRC，残留奥氏体的体积分数约为9%。回火时合金碳化物呈弥散析出且伴有残留奥氏体转变，在550℃左右出现二次硬化，硬度可上升到50HRC。但由于模具实际回火温度要高于550℃，采用620～640℃×2h回火处理2次，故回火后硬度为41～45HRC。
（3）表面渗氮强化处理 连杆辊锻模常用离子渗氮法进行表面强化处理，其工艺为530～540℃×10h。渗层深度为0.18mm，表面硬度为1120HV。
（4）生产应用效果 按上述工艺处理的连杆辊锻模使用寿命达1～1.9万件，而3Cr2W8V钢制模具的使用寿命只有0.3～0.6万件。
实例36in（1in=0.0254m）活扳手热压模，材料为H21（3Cr2W8V）钢，要求喷丸强化处理。
（1）加工工艺路线 下料→锻造→退火→机械加工→电火花加工→酸洗→手工抛光→凸模压平→热处理→喷丸强化→入库。
（2）热处理工艺 锻后退火830～850℃×4h，炉冷至400℃出炉，退火硬度255HBW；850℃×0.6min/mm预热，1150℃×0.3min/mm加热，560℃×0.25min/mm淬火分级冷却，硬度为52～53HRC；620～640℃×2.5h+560℃×2.5h回火2次，硬度为47～49HRC。
（3）喷丸强化效果 喷丸后表面应力由拉应力68.6MPa转化为压应力811.4MPa；头部表面粗糙度Ra由19.1μm降低到14.7μm，飞边表面粗糙度Ra由44.6μm降低到15.5μm；表面硬度由470HV提高到485HV；强化层深为0.2～0.4mm。喷丸强化不仅使模具表面应力状态和表面质量明显改善，而且使金属产生强烈的畸变，晶粒进一步细化。由于细小的晶粒对于阻止解理裂纹的萌生有利，故裂纹萌生期的延长会直接提高模具的疲劳寿命。同时，由于H21钢的再结晶温度和耐回火性均比较高，因此这种晶粒碎化效应在650℃以下仍有明显的作用。这也是喷丸强化能够提高模具寿命的重要因素之一。
实例4冲制弹簧片凸模，材料为CH钢，要求火焰淬火处理。
（1）火焰淬火工艺 模具火焰淬火加热温度为880～920℃，空冷后硬度为60～65HRC；160～180℃×2h回火2次。
火焰淬火加热时，一定要采用中性火焰加热，火焰长度为10～15mm，乙炔压力为0.05～0.12MPa，氧气压力为0.3～0.6MPa。对于不同结构和尺寸的模具，加热方式及烧嘴的选择也应不同。使用这种方法进行表面淬火，不但变形小，操作方便，而且无需特殊的加热设备。
（2）火焰淬火效果 经火焰淬火和回火后，模具硬度为59～62HRC，油淬热处理变形量为0.24～0.26mm，空冷热处理变形量为0.02～0.04mm。用火焰淬火法对CH钢制凸模加热淬火，模具使用寿命可接近80万次，达到了国外先进水平。
实例5挑线连杆冷挤压模的真空热处理。
采用Cr12MoV钢制造的挑线连杆冷挤压模，由于韧性低，在使用过程中易挤裂或胀裂，而且使用寿命不高，一般只有1万件左右。模具改用65Nb钢制造并经真空淬火处理后，使用寿命虽有显著提高，但抗压屈服强度不足，易产生变形。在进一步采用真空渗碳处理后，冷挤模的使用寿命提高了1～5倍。
真空渗碳可在内热式双层壁真空渗碳淬火炉中进行。真空炉的冷态极限真空度为2.67Pa。渗碳介质为甲烷-氢（甲烷的体积分数约占70%）。淬火冷却介质为真空油。65Nb钢制挑线连杆冷挤压模的真空渗碳工艺如图6-6所示。65Nb钢制挑线连杆冷挤压模经真空渗碳处理后的寿命可达3万件（见表6-7）。
图6-6 65Nb钢制挑线连杆冷挤压模的真空渗碳工艺
表6-7 65Nb钢制挑线连杆冷挤压模的寿命
实例6 切边模的固体碳氮共渗。
用9SiCr钢和Cr12MoV钢制切边模在冷镦机上以50次/min切削Q235钢螺栓六方头时寿命均较低。其中，9SiCr钢制模具的使用寿命一般为5000件，失效形式主要为磨损，少数为棱角及基体的开裂；Cr12MoV钢制模具的使用寿命为7500件，失效形式主要为刃部崩块，少数为刃口磨损超差。而改用45钢制的切边模，经固体碳氮共渗处理后，使用寿命可达15000件。
（1）改进热处理工艺45钢制模具采用盐水-油双液淬火方法控制变形，然后经表面除油、除锈后装箱进行碳氮共渗，其工艺见表6-8。
（2）改进后模具使用寿命45钢制模具经800℃碳氮共渗处理后，距表面0.05mm处的碳含量（质量分数）为0.88%，使用寿命见表6-8。
表6-8 模具碳氮共渗处理工艺及平均寿命
实例7 M3六方螺母冷挤模的真空渗硼。
V3N钢制M3六方螺母冷挤模，原寿命为1～2万次，采用真空热处理后寿命可提高到30多万次，而采用真空渗硼后寿命可达到40万次。
真空渗硼剂为B2O3（涂覆于模具表面）。不同模具材料的真空渗硼工艺为：V3N钢，加热1250℃×30min，真空度为1.33～0.133Pa；W18Cr4V钢，加热1280℃×30min，真空度为1.333～0.133Pa；Cr12钢，加热1050℃×30min，真空度为1.33～0.133Pa。
真空渗硼的优点是渗硼剂易于涂覆且消耗低，可进行局部和较小孔深部位的渗硼，渗硼后零件表面光亮无残渣。例如，V3N钢经1250℃×30min加热，油淬，560℃回火后的硬度为880HV0.05，按上述真空渗硼工艺渗硼后，硬度为1050HV0.02。
实例8 照相机后盖板冲模，材料为Cr12钢，要求渗硫处理。
（1）冲模失效形式 照相机后盖是用0.5mm厚的Q235钢板冲压成形的。经常规处理的Cr12钢制冲模在冲压7～8件后盖板后，在凹模的四个内角处发生严重的粘模现象，使冲制的后盖板在凸面的四角处发生严重的拉伤而成为废品。虽尝使采用润滑剂或在凹模内腔处进行镀硬铬处理，但都对改善冲制件的拉伤现象作用不大。
（2）渗硫工艺的应用 渗硫模具冲压时可避免粘模现象，而且冲制件的边缘光滑。可将淬火、回火后高硬度的模具表面进行活化处理，然后在熔融硫中进行低温液体渗硫。其操作过程如下：
1）预处理。模具用汽油洗净并用除油剂除油，然后用冷水冲洗，用酸去除表面锈迹和进行表面活化处理，最后进行清洗除酸处理。(www.daowen.com)
2）低温液体渗硫处理。渗硫配方（质量分数）为：99%工业硫黄+1%碘，另加质量分数为0.2%的铁粉。将渗硫剂和模具放入搪瓷容器内，加盖后即可在恒温电热干燥箱内加热渗硫。渗硫温度为180～190℃，时间为6～8h。渗硫结束后，将模具取出擦净，再用二氧化碳清洗。渗硫层的组织为FeS，并混有FeS2，其厚度为20μm左右。
（3）应用效果 经渗硫后的模具在冲压1500个零件后仍未发生粘模现象。
用YG20C硬质合金制造的热锻模在使用时易开裂损坏，用BR40、TLMW钢制造的模具寿命只有1～2万件。
采用3Cr2W8V钢制造的热锻模经常规热处理+气体氮碳共渗处理后，使用寿命可达50万次。但用氮碳共渗处理模具成形的锻件表面不够光洁。后将热处理工艺改为淬火、回火+气体硫氮共渗，模具寿命达到了100万次以上。具体工艺为1080℃加热淬火，650℃回火，570℃硫氮共渗3h。共渗后表层为多孔质的硫化物层，次表层是硫化物、氮化物及氧化物层，里层是扩散层。硫化物层硬度为60～100HV，但在距表面10～15μm处（含氮最高处），硬度可达700～800HV，并且渗层具有良好的抗粘着磨损性能，因而可提高模具的寿命。
实例10 拉深模，材料为T8、Cr12钢等，要求渗铬处理。
渗铬可提高模具的耐磨性、耐蚀性、抗氧化性和耐热疲劳性，延长模具使用寿命1～3倍。
（1）渗铬剂 国外固体粉末渗铬剂（质量分数）成分为：60%铬铁粉（65%Cr，0.1%C，余量为Fe）+0.2%氯化铵+39.8%无釉陶土。国内固体粉末渗铬剂成分（质量分数）为：50%铬粉（Cr的质量分数大于98%，100～200目）+48%氧化铝（经1100℃焙烧，100～200目）+2%氯化铵，其中氧化铝为稀释剂，起防粘结作用，氯化铵为催渗剂。
真空粉末渗铬剂（质量分数）成分为：30%铬铁粉+70%氧化铝，另加5%浓盐酸。
（2）渗铬工艺
1）固体渗铬工艺。1050～1100℃加热，保温6～12h。渗铬后低碳钢可获得0.05～0.15mm的渗层，高碳钢可获得0.02～0.08mm的渗层。
2）真空粉末渗铬。渗铬剂与模具一同装炉后抽真空，真空度为13.33～133.3Pa时关闭机械泵，密封升温至950～1100℃，炉内压力一般保持在9.8×104Pa左右，保温5～10h。Cr12钢制模具渗铬后可获得0.01～0.03mm的渗层。
（3）模具渗铬后的热处理及硬度 工模具钢渗铬后，需经淬火、回火处理，其工艺可按常规工艺进行。渗铬后及热处理后的硬度见表6-9。
表6-9渗铬及热处理后的硬度
（4）渗铬层组织及渗铬模具的变形 渗铬层组织为铬的碳化物（Cr，Fe）7C3和含铬铁素体，次层为贫碳层。渗铬模具一般的变形规律为内孔收缩，外径胀大，变形量为20～50μm。
（5）渗铬模具的应用效果 渗铬模具的应用效果见表6-10。
表6-10 渗铬模具的应用效果
实例11 汽车发动机机油粗滤器外壳二次拉深凹模（见图6-7）的渗钒处理。
Cr12MoV钢制二次拉深凹模，在硬度为58～62HRC下使用时，由于零件材料较厚，拉延深度高，造成磨损十分严重。经对其进行氮碳共渗处理后，刃磨寿命有所提高。后改为盐浴渗钒处理，刃磨寿命得到了大幅度提高。见表6-11。但渗钒淬火后模具的型孔会缩小0.2mm，引起尺寸超差而报废，要予以注意。
图6-7 二次拉深凹模简图
表6-11 二次拉深凹模经气体氮碳共渗及盐浴渗钒处理后的刃磨寿命
实例12 GJW50钢结硬质合金制螺钉、螺母冷镦模的渗硼处理。
（1）失效原因GJW50钢结硬质合金制螺钉、螺母冷镦模经渗硼后，在使用过程中易出现裂纹或崩块等缺陷而过早失效。其原因是：①硬质相WC粒子强烈地阻碍渗硼层扩展，造成渗硼层厚度不均匀和不连续；②硬质相与硼化物的交界处易出现孔洞，降低合金的冲击韧性。因此，模具在受冲击负荷时其表面易出现开裂或崩块现象。
（2）改进的措施
1）根据模具的尺寸、形状和性能要求，确定合理的渗硼层厚度（可在30～70μm范围内选定）。
2）将渗硼后直接进行淬火、回火处理改为采用等温淬火处理（见图6-8），并且在保证硬度要求的前提下尽量提高等温淬火温度。这是提高基体强韧性（见表6-12）、防止出现崩块现象的有效途径。
图6-8 GJW50钢结硬质合金模具的渗硼+等温淬火复合处理工艺
表6-12 GJW50钢结硬质合金经不同温度等温淬火后的性能
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